3.2.7.Интерферометр майкельсона

На рис. 3.2.17 изображена схема интерферометра Майкельсона.

Пучок света от источника S падает на полупрозрачную пластину Р₁, покрытую тонким слоем серебра. Половина упавшего светового потока отражается пластинкой Р₁ в направлении луча 1,

Рис. 3.2.17

половина проходит сквозь пластинку и распространяется в направлении луча 2. Пучок 1 отражается от зеркала М₁ и возвращается к Р₁, где он делится на два равных по интенсивности пучка. Один из них проходит сквозь пластинку и образует пучок 1¢, второй отражается в направлении к S (этот пучок нас интересовать больше не будет). Пучок 2, отразившись от зеркала М₂, тоже возвращается к пластине Р₁, где он делится на две части: отразившийся от полупрозрачного слоя пучок 2¢ и прошедший сквозь слой пучок (которым мы также интересоваться больше не будем). Пучки света 1¢ и 2¢ имеют одинаковую интенсивность.

При соблюдении условий временной и пространственной когерентности пучки 1¢ и 2¢ будут интерферировать. Результат интерференции зависит от оптической разности хода при прохождении лучей от пластинки Р₁ до зеркал М₁ и М₂ и обратно. Луч 2 проходит толщу пластинки трижды, луч 1 – только один раз. Чтобы скомпенсировать возникающую за счет этого разную (вследствие дисперсии) для различных длин волн оптическую разность хода, на пути луча 1 ставиться точно такая же, как Р₁, но не посеребренная пластинка Р_2. Тем самым уравниваются пути лучей 1 и 2 в стекле. Интерференционная картина наблюдается с помощью зрительной трубы T.

Заменим мысленно зеркало М₂ его мнимым изображением М₂¢ в полупрозрачной пластинке Р_1. Тогда лучи 1¢ и 2¢ можно рассматривать как возникшие за счет отражения от прозрачной пластинки, ограниченной плоскостями М₁ и М₂¢. С помощью юстировочных винтов W₁ можно изменять угол между этими плоскостями, в частности, их можно установить параллельно друг другу. Вращая микрометрический винт W₂, можно плавно перемещать зеркало М₂, не изменяя его наклона. Тем самым можно изменять толщину “пластинки”.

При слегка расходящемся пучке света и строго параллельном расположении плоскостей М₁ и М₂¢ получаются полосы равного наклона, имеющие вид концентрических колец.

При вращении микрометрического винта W₂ кольца увеличиваются или уменьшаются в диаметре, а в центре картины либо возникают новые кольца, либо уменьшающиеся кольца стягиваются в точку, а затем исчезают. Смещение картины на одну полосу соответствует перемещению зеркала М₂ на половину длины волны.

Оптическая разность хода лучей 1¢ и 2¢ равна

,

где и– расстояния от точки О до зеркал М₁ и М₂. Если > r_ког, интерференционная картина не наблюдается.

Очевидно, условие максимума = ml. При перемещении зеркала М₂ на величину Dh разность хода становиться равной = 2Dh. Интерференционная картина будет четкой, если максимум (m+1)-го порядка для света с длиной волны l₁ совпадает с максимумом m-го порядка для света с длиной волны l₂ , т. е. =(m+1)l₁ = ml₂ , m = 0, 1, 2… .